Alat Ukur Elektronika (Pengukuran dan Ralat)

ALAT UKUR ELEKTRONIK 

oleh Dosen-ku dikala menempuh kuliah Diploma 2008

Elektronika dan Instrumentasi UGM 

Drs. Masiran, M.Si.

1 : PENGUKURAN DAN RALAT

1.1 DEFINISI

Alat ukur (instrumen) didefinisikan sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai suatu kuantitas atau variabel. Alat ukur elektronik didasarkan pada prinsip-prinsip listrik atau elektronika dalam pemakaiannya sebagai alat ukur elektronik. Sebuah alat ukur elektronik dapat berupa sebuah alat yang konstruksinya sederhana dan relatif tidak rumit seperti halnya sebuah alat ukur dasar untuk arus searah. Dengan berkembangnya teknologi, tuntutan kebutuhan alat ukur yang lebih terpercaya dan lebih teliti menghasilkan perkembangan baru dalam perencanaan dan pemakaian. Untuk menggunakan alat ukur secara cermat kita perlu memahami prinsip-prinsip kerjanya dan mampu memperkirakan apakah alat ukur tersebut sesuai untuk pemakaian yang yang telah direncanakan.

Dalam pengukuran digunakan sejumlah istilah yang disefinisikan sebagai berikut:

• Alat ukur : sebuah alat untuk menentukan nilai suatu kuantitas atau variabel
• Ketelitian (accuracy) : nilai terdekat dengan mana suatu pembacaan alat ukur mendekati nilai sesungguhnya dari variabel yang diukur. 
• Ketepatan (precision) : suatu ukuran kemampuan unuk mendapatkan hasil pengukuran yang serupa.
• Sensitivitas (sensitivity) : perbandingan antara sinyal keluaran atau respons alat ukur terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur.
• Resolusi (resolution) : perubahan terkecil nilai yang diukur yang memberi respons pada alat ukur.
• Kesalahan (error ) : penyimpangan variabal  yang diukur terhadap nilai sesungguhnya.

1.2 KETELITIAN DAN KETEPATAN.

Ketelitian menyatakan tingkat kesesuaian atau dekatnya suatu hasil pengukuran terhadap nilai sebenarnya. Ketepatan (presisi) menyatakan tingkat kesamaan didalam sekelompok pengukuran atau sejumlah alat ukur.

            Ketepatan terdiri dari 2 karakteristik yaitu kesesuaian (conformity) dan jumlah angka yang berarti (significant figures) terhadap mana suatu pengukuran dapat dilakukan. Contoh:

Resistor yang resistannya 138572 W setelah diukur dengan ohmmeter secara konsisten dan berulang menghasilkan 1,4 MW. Yang menjadi pertanyaan apakah si pengukur telah membaca nilai yang sebenarnya? Sebetulnya yang dilakukan adalah memperkirakan pembacaan skala yang menurut dia secara konsisten menghasilkan 1,4 MW. Dalam hal ini hasil yang diberikannya adala pembacaan yang lebih mendekati nilai yang sebenarnya berdasarkan penaksiran. Walaupun dalam pengamatan ini tidak terdapat penyimpangan, kesalahan yang diakibatkan oleh pembatasan terhadap pembacaan skala adalah suatu kesalahan presisi (precision).

1.3 ANGKA BERARTI

            Suatu indikasi bagi ketepatan pengukuran diperoleh dari banyaknya angka berarti (significant digit). Angka berarti memberikan informasi yang aktual mengenai besaran dan ketepatan pengukuran. Contoh: 68 menyatakan 2 angka berarti; 68,9 menyatakan 3 angka berarti; 68,92 menyatakan 4 angka berarti. Dalam perhitungan akhir jawaban dibulatkan menjadi 3 angka berarti.

1.4 JENIS KESALAHAN

            Tidak ada pengukuran yang menghasilkan ketelitian yang sempurna, tetapi yang penting mengetahui ketelitian yang sebenarnya dan bagaimana kesalahan yang berbeda digunakan dalam pengukuran. Langkah pertama yang diperlukan untuk menguranginya adalah mempelajari kesalahan tersebut.

            Kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam 3 jenis:

- Kesalahan umum (gross-errors) : kebanyakan disebabkana oleh kesalahan manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian alat ukur yang tidak sesuai, dan kesalahan penaksiran.

- Kesalahan sistematis (systematic errors) : disebabkan oleh kekurangan dalam alat ukur sendiri, seperti kerusakan atau adanya bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai.

- Kesalahan yang tidak disengaja (random errors) diakibatkan oleh penyebab yang tidak dapat langsung diketahui sebab perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak.

1.4.1  Kesalahan umum

            Kelompok kesalahan ini terutama disebabkan oleh kekeliruan manusia dalam melakukan pembacaan atau pemakaian alat ukur dan dalam pencatatan serta penaksiran hasil pengukuran. Selama manusia terlibat dalam pengukuran, kesalahan jenis ini tidak dapat dihindari, namun usaha untuk mencegah dan memperbaikinya perlu dilakukan.

1.4.2  Kesalahan sistematis

            Jenis kesalahan ini dibagi dalam 2 bagian:

-          Kesalahan instrumental, yakni kekurangan-kekurangan dari alat ukur itu sendiri,

-          Keslahan lingkungan, yakni yang disebabkan oleh keadaan luar yang mempengaruhi pengukuran.  

Kesalahan instrumental merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindarkan dari alat ukur karena struktur mekanisnya. Kesalahan instrumental dapat dihindari dengan cara:

-          pemilihan alat ukur yang tepat untuk pemakaian tertentu

-          menggunakan faktor-faktor koreksi  setelah mengetahui banyaknya kesalahan instrumental

-          mengalibrasi alat ukur terhadap alat ukur standar.

Kesalahan karena lingkungan disebabkan oleh keadaan luar yang mempengaruhi alat ukur termasuk keadaan-keadaan di sekitarnya, seperti perubahan suhu, kelembaban, tekanan udara luar, medan elektro magnet, medan listrik, dll.

 

1.4.3  Kesalahan acak

            Kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak diketahui dan terjadi walaupun semua kesalahan sistematis telah diperhitungkan. Untuk memperkecil kesalahan acak adalah dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistik untuk mendapatkan pendekatan paling baik terhadap nilai sebenarnya.

1.5    ANALISIS STATISTIK

            Analisis statistik terhadap data pengukuran adalah pekerjaan yang biasa sebab dia memungkinkan penentuan ketidakpastian hasil pengujian akhir secara analitis. Hasil dari suatu pengukuran dengan metoda tertentu dapat diramalkan berdasar data contoh (sample data) tanpa memiliki informasi yang lengkap mengenai semua factor gangguan. Agar cara-cara statistik dan keterangan yang diberikan bermanfaat biasanya diperlukan sejumlah pengukuran yang banyak. Juga dalam hal ini kesalahan sistematis harus kecil dibandingkan terhadap kesalahan acak, sebab pengerjaan data secara statistik tidak dapat menghilangkan suatu prasangka tertentu yang selalu terdapat dalam semua pengukuran.

            Bentuk laporan hasil pengukuran dinyatakan sebagai:

                        x = x + D x                                                                                                (1-1)

dengan  x = nilai besaran yang diukur

             x = nilai terbaik

         D x = ketidaktepatan nilai terbaik

            Untuk mendapatkan nilai terbaik maupun ketidaktepatan nilai terbaik harus tahu sejarah mendapatkan data hasil ukur. Sejarah mendapatkan data dapat dikelompokkan menjadi 4:

-          pengukuran langsung satu kali

-          pengukuran langsung berulang kali

-          pengukuran taklangsung satu kali

-          pengukuran taklangsung berulang kali

1.5.1  Pengukuran langsung satu kali

            Nilai terbaik = nilai baca

            Ketidaktepatan nilai terbaik = setengah skala terkecil alat ukurnya

      

1.5.2  Pengukuran langsung berulang kali

            Nilai terbaik = nilai rata-rata

            Ketidaktepatan nilai terbaik = deviasi standar nilai rata-rata

Nilai rata-rata diperoleh dari jumlah semua data dibagi dengan banyak data.

Nilai rata-rata diberikan oleh persamaan:

             

x₁ + x₂ + x₃ + … x_n             S  x_i  

                 n                    =     n

                                                  

dengan         x = nilai rata-rata

x₁ , x₂ ,  x₃ ,  … x_n  = nilai pembacaan yang dilakukan

                   n  = jumlah pembacaan

                      D x =

Catatan:

-          Ketidaktepatan dilaporkan dalam satu angka berarti dengan mengikuti aturan pembulatan.

-          Nilai tebaik menyesuaikan dengan ketidaktepatannya